![]()
慢性糖尿病伤口给全球医疗保健带来严峻挑战，迫切需要一种解决病原菌消除、血糖调节和血管生成刺激等问题的新方法。2024年12月26日，山东大学蒋妍彦唯一通讯在Biomaterials 上在线发表题为“Bi2WO6@Cu2O-GOx bio-heterojunctionp-n spray for accelerating chronic diabetic wound repairment with bilaterally enhanced sono-catalysis and glycolytic inhibition antisepsis”的研究论文。该研究设计了具有优异的级联催化性能和声敏性的Bi2WO6@Cu2O-GOx生物异质结（BWCGbio-HJ），可重塑伤口微环境并加速糖尿病伤口愈合。具体来说，BWCGbio-HJ的载流子分离动力学显著增强，在US照射时高效生成活性氧（ROS）。此外，葡萄糖氧化酶（GOx）接枝在Bi2WO6@Cu2O表面，促进葡萄糖转化为H2O2和葡萄糖醛酸，为Cu介导的类Fenton反应提供丰富的来源。强大的氧化作用破坏了细菌的磷酸转移酶系统（PTS），阻碍了葡萄糖摄取、糖酵解和能量代谢，最终诱导细菌死亡并重塑糖尿病伤口微环境。将BWCGbio-HJ配制成用于慢性糖尿病伤口修复的抗菌喷雾剂。体外和体内实验证实，BWCGbio-HJ喷雾剂可以消除病原菌，消耗局部血糖，促进血管生成、胶原沉积和上皮形成，从而加速糖尿病伤口愈合过程。这种生物异质结喷雾剂全面解决了与糖尿病伤口相关的主要病理因素，为对抗顽固感染提供了一种有效策略。![]()
由于糖尿病患病率上升和病程延长，糖尿病伤口已成为临床主要的慢性和顽固伤口类型。糖尿病伤口愈合的一个主要障碍是持续和反复的细菌感染，伤口中的高血糖环境为细菌增殖提供了最佳环境，导致炎症免疫细胞大量涌入和伤口过度炎症。此外，皮肤上皮形成过程中高血糖抑制成纤维细胞的迁移和增殖，对血管内皮细胞造成损害，并增加胆固醇和脂质的沉积。最终导致微血管闭塞，减少营养物质和生长因子的供应，从而阻碍伤口愈合过程。治疗糖尿病伤口细菌感染的临床方法主要包括使用抗生素药物，如青霉素、氟喹诺酮类和磺胺类药物。然而，抗生素的滥用促进了耐药细菌的出现，并可能对正常组织造成不良反应。因此，开发能够有效抑制细菌增殖的新策略，同时重塑伤口微环境以加速糖尿病伤口的愈合过程至关重要。先进功能纳米材料的出现推动了新型抗菌策略和技术的发展，如光疗（PT）、金属离子疗法（MIT）、微波疗法（MWT）和声动力疗法（SDT）。其中，SDT具备灵活性、可控性、高效率和安全性等特点，已成为一种有效方法。SDT利用外源性超声（US）激活声敏剂，从而产生有毒的活性氧（ROS），破坏细菌代谢，诱导DNA损伤，最终导致细菌死亡。然而，由于传统超声增敏剂的生成速率不足和ROS种类单一，SDT的临床应用仍面临一定挑战。为克服上述限制，研究人员利用半导体纳米粒子的能带工程开发了各种无机声敏剂。根据半导体光催化原理，在US照射下单线态氧单线态氧（1O2）和羟基自由基（•OH）的产生取决于特定的电化学条件。半导体的导带（CB）边缘表现出比O2/•O2-氧化还原电位更负的电位（相对于NHE为-0.33V），而价带（VB）边缘表现出比H2O/•OH氧化还原电位更正的电位（相对于NHE为+2.38V）。然而，由于宽带隙半导体中电子-空穴对固有的快速复合动力学，US照射下在单个半导体中实现这种双重功能仍面临重大挑战。值得注意的是，设计半导体-半导体（S-S）异质结，尤其是具有Z型构型的p-n型异质结，可以提高电子-空穴分离效率并延长纳米催化剂的电荷载流子寿命。这一进展有望增加活性氧的丰度和量子产率，在声动力抗菌的应用开辟新的途径。图1 BWCGbio-HJ喷雾剂促进糖尿病伤口修复示意图（摘自Biomaterials ）内源性抗菌动态疗法（ADT）杀菌效果显著，且能够降低耐药病原体发展的风险，应用前景广泛。ADT主要基于化学动力学疗法（CDT），通过Fenton或类Fenton反应诱导•OH杀灭细菌。然而，糖尿病伤口微环境中H2O2显著降低了ADT的治疗效果。为解决这一限制，将葡萄糖氧化酶（GOx）引入糖尿病伤口微环境，提供了一种增强H2O2浓度的有效方案，通过Fenton或类Fenton纳米剂的催化能力提高抗菌效率。反过来，GOx诱导的血糖水平和pH值降低可以促进胶原蛋白沉积、肉芽组织形成和血管成熟。因此，结合GOx和S-Sp-n异质结的Fenton或类Fenton催化特性，有利于抑制细菌增殖，促进糖尿病伤口的组织再生。该研究开发了一种创新的级联生物异质结（BWCGbio-HJ）喷雾，由表面接枝GOx的Bi2WO6@Cu2O异质结组成。BWCGbio-HJ结合了p-n型异质结与Z型构型的优势，在糖尿病伤口微环境中展示了优异的声动力学、化学动力学和调节能力。BWO和Cu2O的组合有效地提高了1O2和•OH的产量，显著提高了声动力抗菌效果。此外，作者还全面分析了BWCHJ的能带结构以及在US辐照下两种半导体之间的电子转移机制。此外，GOx促进过量葡萄糖分解为H2O2和葡萄糖醛酸，以增强Cu2O介导的类Fenton反应，从而实现有效的ADT并改善糖尿病微环境。结果表明，BWCGbio-HJ喷雾剂具有良好的生物相容性，可有效破坏PTS，抑制糖酵解以实现抗菌和诱导血管生成、胶原沉积，促进US照射后的上皮再形成。因此，BWCGbio-HJ介导的联合疗为糖尿病伤口治疗提供了一种新策略。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224005829?via%3Dihub![]()
—END—
内容为【iNature】公众号原创，
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。
![]()
![]()
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com
觉得本文好看，请点这里！
